VVER型核岛蒸汽发生器安装工艺_姜世明.pdf

25INSTALLATION2023.5Electromechanical Installation 机 电 安 装姜世明 赵文刚 郭潇（中国核工业二三建设有限公司 北京 101300）摘 要：本文借鉴国内同类型核电站蒸汽发生器安装经验，研制可靠的蒸汽发生器吊装就位工装及安装工艺，解决了蒸汽发生器安装施工的难题，保证了核电站蒸汽发生器安装的施工质量和进度。关键词：蒸汽发生器 水平运输工装 垂直吊装工装中图分类号：TL372文献标识码：B文章编号：1002-3607（2023）05-0025-03VVER型核岛蒸汽发生器安装工艺蒸汽发生器（以下简称蒸发器）是压水堆型（VVER）核电站核岛核反应堆厂房内的重要设备。因蒸汽发生器长度尺寸比较大，安装状态为卧式，4台蒸汽发生器布局紧凑。根据蒸发器就位布置、蒸发器入口点以及蒸发器外形尺寸，4台蒸发器安装顺序必须从里向外。在引入蒸发器时，蒸发器需要在空中转动才能穿越楼板进入安装位置，因此，研发一套保证蒸发器空中转动垂直吊装工装及安装工艺是VVER堆型核电站核岛安装工程重要课题。1 工程概况VVER堆型压水堆机组核岛一回路由1个反应堆、1台稳压器和4个环路组成，每个环路包括1台蒸发器、1台主泵和主管道（见图1）。其中蒸发器结构包括壳体、换热表面、一回路冷却剂集留管等部件。蒸汽发生器外形尺寸为14,500mm4510mm4790mm，外壳中间段145mm，两端壁厚100mm，净重310t。安装就位状态为卧式，是UJA厂房内外形尺寸最大的设备。2 蒸汽发生器垂直运输工装根据蒸汽发生器安装位置，工艺流程见图2。蒸汽发生器垂直引入，需要设计制作特殊工装。图1 反应堆主系统设备布置图2.1 工装功能分析UJA厂房建筑结构设计时，蒸发器引入口尺寸已优化到最大，不可能再扩大，导致蒸发器从引入口到安装位置垂直运输过程中，蒸发器需要水平移动、水平转动，垂直移动、垂直转动。其中水平移动、水平转动、垂直移动UJA厂房内额定载荷360t的环吊具备相关功能，利用传统平衡梁可以完成蒸发器的水平方向移动、转动，以及垂直方向移动。但是使蒸发器在垂直方向发生转动，传统平衡梁和环吊不具备相关功能，蒸发器就位时在空中垂直方向转动难度大，需要在平衡梁增加相关装备，增加平衡梁功能。田湾1、2号机组垂直运输工装重量为39.2t，吊装过程加上蒸发器的重量310t接近垂直起重机环吊的额定载荷360t，机组蒸发器工装需要进行优化，减轻重量。2.2 蒸发器发生器垂直运输工装研究通过对蒸汽发生器垂直运输就位分析可知，蒸发器卸车及就位时存在空中移动、转动难度大问题，需要对蒸汽发生器垂直运输工装进行以下研究：用钢丝绳将蒸发器直接与环吊吊钩连接，只能完成图2 VVER堆型核岛蒸汽发生器安装工艺流程图蒸汽发生器稳压器压力容器主泵主管道过渡段主管道冷段堆芯捕集器主管道热段安装前准备蒸发器引入UJA厂房蒸发器（JEA20AC001、JEA40AC001）垂直引入就位蒸发器（JEA10AC001、JEA30AC001）垂直引入就位蒸发器附件装置安装蒸汽发生器固定、密封蒸汽发生器维护ANZHUANG2023年第5期26机 电 安 装 Electromechanical Installation蒸发器空中垂直及水平方向移动，因钢丝绳软刚度不够，蒸发器重量大、惯性大，传统方法不能用来水平转动蒸发器。为了保证蒸发器水平转动，在蒸发器与环吊吊钩之间研发设计一套通用平衡梁，此通用平衡梁与环吊共同使用，可以使蒸发器发生垂直方向和水平方向移动及转动。一般吊装设备的平衡梁，可以使蒸发器发生垂直方向移动和水平方向移动及转动，但是不能完成蒸发器垂直方向转动。为了保证卧式蒸发器在垂直运输就位过程中发生垂直方向转动一定角度，需要研发设计特殊平衡梁，特殊平衡梁设置有手动、无线控制小型电动卷扬机调节装置，利用小型电动卷扬机使蒸发器在空中垂直方向发生转动，此特殊平衡梁与环吊共同使用，可以使蒸发器发生水平方向和垂直方向转动、移动，保证蒸发器就位。2.3 蒸汽发生器垂直吊装平衡梁设计与应用2.3.1 通用平衡梁设计与应用（1）确定通用平衡梁结构。根据蒸发器尺寸设计的通用平衡梁主要用来完成蒸发器卸车，水平方向移动、转动和垂直方向移动。结构尺寸见图3，平衡梁与蒸发器连接三维模拟图见图4。（2）利用有限元软件优化通用平衡梁部件尺寸。蒸汽发生器总重310t，以结构质量的形式施加在吊环处。在进行吊装作业时，参考HG/T 21574-2018化工设备吊耳设计选用规范，考虑动载荷系数1.2，不平衡系数1.125，即综合影响系数1.351，重力加速度取9.81m/s2，Z方向为竖直方向。通用平衡梁主要部件Von-Mises应力见表1。图3 平衡梁三维图图4 平衡梁与蒸发器连接三维模拟图表1 通用平衡梁主要部件Von-Mises应力 单位：MPa部件名称Von-Mises应力应力值限值平衡梁主体116.23145.3拉杆70.41145.3拉杆销轴81.12239.9（3）通用平衡梁采用GB/T 3811-2008起重机设计规范规定的结构构件钢材的许用应力评定准则进行校核。平衡梁材料为Q235，最大板厚为50mm，屈服强度215MPa，抗拉强度370MPa；销轴的材料为45#钢，屈服强度355MPa，抗拉强度600MPa；通用平衡梁主要部件都满足的GB/T 3811-2008；应力分析的相关要求，安全。（4）通用平衡梁钢丝绳的选用及安装方法。蒸 发 器 重 量 Q=3 1 0 t，取 不 平 衡 系 数 K1=1.1，动载系数K2=1.05，蒸发器吊装计算载荷P=K1 K2Q=1.11.05310t=358t。通用平衡梁由2组钢丝绳承担，每组钢丝绳承担的载荷P1=P/2=358/2=179t。为了便于安装，每组钢丝绳选用柔软的637+FC纤维芯，直径32mm，公称抗拉强度1470MPa的钢丝绳。（5）通用平衡梁应用。通用平衡梁用来引入编码为20、40蒸发器，吊装引入过程水平转动、水平移动、垂直移动。2.3.2 特殊平衡梁设计与应用（1）确定特殊平衡梁结构。根据蒸发器垂直就位垂直方向转动、移动，水平方向转动、移动时，要求设计的特殊平衡梁结构尺寸及其与蒸发器连接见图5。（2）确定小型电动卷扬机调节装置结构。通过特殊平衡梁小型电动卷扬机调节装置，可以使蒸发器发生垂直方向转动一定角度，穿越楼板。部件包括小型卷扬机、上部滑轮组、下部滑轮组。根据蒸发器部件尺寸及重量数据可知，蒸发器垂直转动过程中，作用在小型电拉杆 平衡梁主体 平衡梁拉杆轴 27INSTALLATION2023.5Electromechanical Installation 机 电 安 装动卷扬机调节装置滑轮组的总载荷P=137.4t。小型电动卷扬机调节装置共有2组滑轮组，每组滑轮组承担的载荷P1=P/2=68.7t，每个滑轮组单跑绳承担的拉力S1=P1，每组滑轮组有8个动定滑轮，9根工作绳数，查安装手册=0.1392，S1=0.13968.7=9.55t。为了保证2个滑轮组同步运行，小型电动卷扬机采用的是双台双牵引头同轴结构，单台卷扬机额定载荷为计算载荷取整为10t。控制系统要求为：具有复位控制，高中低速度控制、向上、下控制，报警，无线控制等功能。（3）利用有限元优化特殊平衡梁主要部件。蒸汽发生器总重310t，在进行吊装作业时，参考HG/T 21574-2018化工设备吊耳设计选用规范考虑动载荷系数1.2，不平衡系数1.125，即综合影响系数1.35，重力加速度取 9.81m/s2，方向取Z方向为竖直方向。特殊平衡梁在进行吊装作业时，平衡梁主体的应力云图见图6，特殊平衡梁主要部件Von-Mises应力见表2。特殊平衡梁采用GB/T 3811-2008起重机设计规范规定的结构构件钢材的许用应力评定准则进行校核。平衡梁材料为Q235，最大板厚为50mm，屈服强度215MPa，抗拉强度370MPa，销轴的材料为45#钢，屈服强度355MPa，抗拉强度600MPa。特殊平衡梁主要部件满足的GB/T 3811-2008起重机设计规范应力分析的相关要求。平衡梁为立板结构，节约了材料用量，田湾3、4号机组平衡梁重量为18.5t，田湾1、2号机组重量为39.2t，同比减少18.2t。（4）特殊平衡梁应用。特殊平衡梁用来引入2台蒸发器，吊装引入过程水平移动、转动及垂直移动、转动见图7。图7 特殊平衡梁引入蒸发器过程图图6 特殊平衡梁主体Von-Mises应力云图表2 特殊平衡梁主要部件Von-Mises应力 单位：MPa部件名称Von-Mises应力应力值限值平衡梁主体116.09145.3拉杆123.19145.3拉杆销轴41.46239.93 结语利用三维模型、有限元分析软件及机械零件设计相关知识，在空中水平移动、转动及垂直方向移动、转动时，安全完成蒸发器就位。形成了一套安全、可行的VVER堆型蒸发器安装工艺，保证了蒸发器安装质量、进度和安全。参考文献：1化工设备吊耳设计选用规范：HG/T21574-2018S.2沈从周.机械设备安装手册M.北京：中国建筑工业出版社，1989：148-156.与环吊连接拉杆小型卷扬机调节装置与蒸发器连接拉杆平衡梁主体图5 特殊平衡梁结构三维图